自转微椭,非均匀地球的潮汐变形

鉴于当前国际上关于自转微椭，非均匀地球的固体潮汐响应的结果之间存在明显分歧，特别是Ｌｏｖｅ数ｋ及重力潮汐因子δ对纬度的依赖截然不同，本文借助于摄动法与张量正则分量的广义球谐展开建立起来的侧向非均匀，自转微椭，粘弹地球的潮汐模拟理论，了ＳＲＥＨＩ地球的潮汐形变及相应的引力位变化。     

地球自转的天文地球动力学效应研究(Ⅱ) --地极移动与地球的较差转动

详细讨论了地球自转变化的天文地球动力学效应。地球表面的任何方向的水平运动，在惯性空间中看来都是转动，由此产生的离心力矩是地壳极移运动的原因，极移使地球发生相应的形变，也是大规模地壳运动和地震活动的原因之一。此外，地球自转产生的Coriolis力是重力分异中的地球各圈层产生差异旋转运动的原因，地球的差异旋转是地球自转速率近十年变化、黄赤交角的非摄动长期变化以及近周日自由摆的原因。     

自转微椭、非均匀地球的潮汐变形

鉴于当前国际上关于自转微椭、非均匀地球（ＳＲＥＨＩ）的固体潮汐响应的结果之间存在明显分歧，特别是Ｌｏｖｅ数ｋ及重力潮汐因子δ对纬度的依赖情况截然不同，本文借助于摄动法与张量正则分量的广义球谐展开建立起来的侧向非均匀、自转微椭、粘弹地球的潮汐模拟理论，计算了ＳＲＥＨＩ地球的潮汐形变及相应的引力位变化．结果表明，描述径向位移的Ｌｏｖｅ数的纬度依赖部分系数ｈ＿＋与球对称部分ｈ＿０＋δｈ＿０之比不大于１．０‰；对Ｏ＿１波为０．２７‰；对Ｍ＿２波为０．１９‰；对Ｍ＿３波为０．４９‰；对Ｍ＿４波为０．８８‰．描述地球引力位变化的Ｌｏｖｅ数的纬度依赖部分系数ｋ＿＋与球对称部分ｋ＿０＋δｋ＿０之比小于３．０‰；对Ｏ＿１波为２．６７‰；对Ｍ＿２波为１．８９‰；对Ｍ＿３波为２．２４‰；对Ｍ＿４波为２．７０‰．     

地球自转角速度长周期变化对太阳轨道运动特征的一种响应机制

地球自转角速度的季节性和年变化的成因已达成基本共识,但更长时间尺度的周期性变化成因尚无定论,它们或归因于太阳活动、日月引潮力、地壳反弹、大气圈波动或行星摄动的影响等.直至目前,地球自转变化的规律和机制还没有完全弄清楚.研究发现:根据行星会合指数(K)标定太阳轨道运动特征的方法是可行的.通过对行星会合指数(K)的FFT检测发现太阳轨道运动周期与前人研究的地球自转日长(LOD)变化周期具有极强的相关性.太阳轨道运动在受到行星系统力矩作用的同时,致使近日行星轨道运动受到太阳引力作用的波动影响而产生扰动.受太阳巨大引力作用的牵制,导致地球轨道角动量和太阳轨道角动量的变化具有正相关关系.根据地球轨道角动量和自转角动量之和守恒,进而推断地球自转角速度的变化对太阳轨道运动特征的响应,这在思想方法上是一种突破.     

SNREI地球对表面负荷和引潮力的形变响应

基于PREM模型，利用非自转、球型分层、各向同性、理想弹性（SNREI）地球的形变理论，讨论了地球在不同驱动力作用下的形变特征．采用地球位移场方程的4阶Runge Kutta数值积分方法，解算了在表面负荷和日月引潮力作用下地球表面和内部形变和扰动位，并给出了地球表面的负荷Love数和体潮Love数．结果表明在固体内核中的形变很小，液核中低阶(n＜10)负荷位移随半径的变化非常复杂．当负荷阶数超过10时，地核中的形变和扰动位都很小，地球的响应主要表现为弹性地幔中的径向位移，且随深度增加急剧减弱，负荷阶数越高这种衰减的速度越快．SNREI地球的地表负荷Love数和体潮Love数与信号频率的依赖关系很弱．在计算体潮Love数的过程中，采用了SNREI地球的运动方程，同时考虑了由于地球自转和椭率引起的核幔边界附加压力，这一近似处理方法获得的结果能很好地符合地球表面重力潮汐实际观测结果．     

运用地球动力合成作用原理宏观预测全球火山、地震

控制地球运动或形成全球性受力状态的天然力为地球动力,包括地心引力(重力)、地球等速自转力、地球公转变速惯性力和星际引力(增量)4种力。(1)重力即地心引力。地球自转前的地心引力为原始重力P_0,地球自转后的地心引力     

万有引力和向心力在行星公转和自转中的作用机制

论述了万有引力和向心力在行星公转和自转中的作用机制，特别指出表任－质点随同地球自转所作的圆周运动中心力是较之离心力更为实在的外在动因，并认为该动因是由地球引力所提供的。最后对向心力在地壳形变和地球动力学中的作用进行了讨论。     

内核地球自转动力学理论的研究进展(Ⅰ)

地球固体内核（SIC）和地球其余部分之间的引力和压力的耦合作用引起了一个力矩，从而对地球的章动运动产生影响.由于SIC的转动惯量和整体地球转动惯量相比是非常小的，因此可以认为SIC的动力学效应只是导致一个新的章动本征模，其频率与自由核章动（FCN）相差不太远，且对地球章动产生了一个微弱的共振影响.本文在文献〔1〕理论的基础上，对内核地球自转动力学理论进行了更加深入和详细的研究，顾及到高阶引潮力位的影响，介绍了研究内核地球自转的基本假设和定义，引潮力位的复数球函数表示，复数矢量球函数的基本理论等.     

内核地球自转动力学理论的研究进展(Ⅰ)-理论基础

地球固体内核(SIC)和地球其余部分之间的引力和压力的耦合作用引起了一个力矩,从而对地球的章动运动产生影响.由于SIC的转动惯量和整体地球转动惯量相比是非常小的,因此可以认为SIC的动力学效应只是导致一个新的章动本征模,其频率与自由核章动(FCN)相差不太远,且对地球章动产生了一个微弱的共振影响.本文在文献[1]理论的基础上,对内核地球自转动力学理论进行了更加深入和详细的研究,顾及到高阶引潮力位的影响,介绍了研究内核地球自转的基本假设和定义,引潮力位的复数球函数表示,复数矢量球函数的基本理论等.     

地球物理场观测中的大气效应问题研究

作用在地表的大气质量不仅产生引力位的扰动，而且会引起各种地球物理场的附加效应，本文综述了近年来国内外同行在研究地表位移、重力、倾斜和应变固体潮观测中实施的大气效应改正问题，包括利用台站气压资料建立的实测模型，建立大气重力格林函数，利用全球和区域气象数据计算大气效应，建立大气改正的误差模型等，最后文章讨论了今后研究展望。     

内核超速旋转及其对重力场的影响

本文研究由内核超速旋转引起的地球重力场的变化.论述了内核具有三个主要特征：椭球形状,各向异性对称轴与内核自转轴重合,内核自转轴与地球自转轴之间存在夹角并绕地球自转轴进动.内核超速旋转引起地球体系物质的重新分布,导致重力场变化.通过研究内核超速旋转的运动规律,建立了内核超速旋转导致重力场变化的模型,给出了由于内核超速旋转而引起的整个地球表面的重力变化,其中,在假定了内核超速旋转速率为1°/a的前提下,历经一年的最大重力变化量级约为037 μGal.     

Buoyancy-driven perturbations in a rapidly rotating,electrically conducting fluid: part I – flow and magnetic field

The steady velocity, perturbation pressure and perturbation magnetic field, driven by an isolated buoyant parcel of Gaussian shape in a rapidly rotating, unconfined, incompressible electrically conducting fluid in the presence of an imposed uniform magnetic field, are obtained by means of the Fourier transform in the limit of small Ekman number. Lorentz and inertial forces are neglected. The solution requires at most evaluation of a single integral and is found in closed form in some spatial regions. The solution has structure on two disparate scales: on the scale of the buoyant parcel and on the scale of the Taylor column, which is elongated in the direction of the rotation axis. The detailed structures of the flow and pressure depend linearly on the relative orientation of gravity and rotation, with the solution for arbitrary orientation being a linear combination of two limiting cases in which these vectors are colinear (polar case) and perpendicular (equatorial case). The perturbation magnetic field depends additionally on the relative orientation of the imposed magnetic field, and three limiting cases of interest are presented in which gravity and rotation are colinear (polar–toroidal case), gravity and imposed field are colinear (equatorial–radial case) and all three are mutually perpendicular (equatorial–toroidal case). Visualization and analysis of the velocity and perturbation magnetic field vectors are facilitated by dividing these vector fields into geostrophic and ageostrophic protions. In all cases, the geostrophic and ageostrophic portions have different structure on the Taylor-column scale. The buoyancy force is balanced by a pressure force in the polar case and by a flux of momentum in the equatorial case. The pressure force and momentum flux do not decay in strength with increasing axial distance. Far from the parcel, the axial mass flux varies as the inverse one-third power of distance from the parcel. The velocity has a single geostrophic vortex in the polar case and two vortices in the equatorial case. The perturbation magnetic field has two, four and one geostrophic vortices in the polar–toroidal, equatorial–radial and equatorial–toroidal cases, respectively. To facilitate comparison of the present results with numerical simulations carried out in a finite domain, a set of boundary conditions are developed, with may be applied at a finite distance from the parcel.     

地球自转周期、极移和章动与全球强震关联分析

目前,人们还无法准确地预报地震。找到地震和某种物理量之间的关系,积极地研究地震的触发因素具有非常深远的意义。漂浮在软流层上的地球板块随地球一起转动,地球自转变化可能对强震有一定的触发作用。统计2000年以后全球M_W7.9以上强震和地球自转周期、极移以及章动的关系,发现全球强震和大约13～15天的日长变化、大约一年周期极移变化以及十几天左右不规则章动有很强的关联性。通过贝叶斯公式分析,强震发生在日长变化拐点处的概率为随机概率的3倍,发生在极移X方向拐点处的概率为随机概率的6倍,发生在极移Y方向拐点处的概率为随机概率的3倍,发生在章动拐点处的概率为随机概率的2倍。这种拐点不是固定周期,它受到各种摄动因素而发生不规则漂移,全球强震往往发生在上述周期变化的拐点处。希望以上结论能对大地震预报提供有益的参考信息。     

西北GPS网络重力场变化及地震活动分析

通过对西北GPS网络重力变化的系统分析及其与地震活动关系研究认为，重力变化与地震活动具有较好的相关性，与构造活动存在密切的空间联系，重力测量可以较好反映地壳构造活动引起的地表重力变化效应。     

地球自转速度的年变化

本文利用宋贯一等（2006）发表的“极移的成因及其移动特征”一文中的自转轴受迫摆动资料，从理论上推断出地球自转速度年变化的特征.结果证明，理论计算出的地球自转速度年变化曲线形态特征与观测曲线形态特征十分吻合.从而得出，太阳辐射光压在南、北半球的不平衡分布是引起地球自转速度年变化的主要原因.     

利用海洋重力场变化分析洋底板块运动

洋底板块运动是地球动力学和全球变化研究的重要内容.本文根据质量迁移与地球外部重力场变化的对应关系,利用不同时期测高资料推算的1995—2019全球海洋重力场变化结果,反演分析全球洋底板块运动特征.研究表明,板块汇聚边界、板块内无震海岭、海山群、断裂带等区域重力异常变化显著,而在板块离散边界无明显变化趋势;西南印度洋中脊、大西洋中脊、中印度洋中脊等地区重力异常垂直梯度变化显著,且在西太平洋俯冲带、部分海岭区域也存在明显变化,其空间分布与地形基本吻合.海洋重力场变化整体上准确反映了全球洋底板块构造运动.相较于重力异常变化反演结果,重力垂直梯度的变化能够更为准确地反映洋底板块运动特征,特别是在洋中脊区域,扩张速率越小,垂直重力梯度变化越显著.此外,详细讨论了测高海洋重力场不确定因素对洋底板块运动分析结果的影响,海面坡度改正是主要因素之一.     

2016年青海门源MS6.4地震前重力变化

利用青藏高原东北缘2011-2015年期间的流动重力观测资料,系统分析了区域重力场变化及其与2016年1月21日青海门源M_S6.4地震发生的关系,结合GNSS、水准观测成果和区域地质构造动力环境,进一步研究了区域重力场变化的时空分布特征及其机理.结果表明：（1）测区内重力场异常变化与祁连山断裂带在空间上关系密切,反映沿祁连山断裂带（段）在2011-2015年期间发生了引起地表重力变化效应的构造活动或变形.（2）门源M_S6.4地震前,测区内先出现了较大空间范围的区域性重力异常,到临近发震前显示出相对闭锁的现象,且围绕震中区周围出现四象限分布特征的局部重力变化,地震发生在重力反向变化过程中,并出现显著的四象限分布特征的重力异常变化,其中,青海门源与甘肃天祝一带重力差异变化达100×10^-8m·s^-2以上.（3）区域重力场动态演化大体反映了青藏高原东北缘物质北东流的动态效应,门源震中附近区域地壳受挤压变形显著、面压缩率和重力剧烈变化的特征最为显著.（4）重力场的空间分布及其随时间变化与地壳垂直与水平运动及地质构造活动等观测结果有一定的对应关系,强震易发生在重力变化四象限分布中心地带或正、负异常区过渡的高梯度带上.     

天文观测极移运动周期变化的原因解析

宋贯一（1991,2006）相继发现日-地之间存在一种奇特的能量（动量）相耦合的自然现象:当太阳辐射光压作用于地表之后,地球表面物质的特殊物理性质会自然地把太阳辐射光压立刻分解为两部分,即P₁和P₂.其中P₁为全球各纬度带内单位海洋和陆地表面接收到的等值光压（P₁为随时间和纬度而变化的变量）.在一个回归年的时段内,由P₁在北、南两半球上的不平衡分布激发自转轴摆动,引起转动惯量的变化（该变化是目前所了解到的地球转动惯量的最大变化）并产生极移,该项极移运动的周期为12个月左右.由于P₁在北、南半球上的分布相对赤道是基本对称的和规则的,P₁对自转轴摆动的激发可称谓“规则性激发”;P₂为全球各纬度带内单位陆地和海洋表面接收到的光压值之差（P₂为随时间和纬度而变化的变量）.在一个回归年的时段内,由 P₂在北、南两半球上的不平衡分布激发自转轴摆动而产生的极移运动周期为14个月附近.由于P₂在北、南两半球上的分布相对赤道是不对称和不规则的, P₂对自转轴摆动的激发可称谓“不规则性激发”.这种天然存在的力源,恰恰是近百年来世界各国研究地球自转的地球物理学家渴望寻找的那种既能激发自转轴产生自由章动、又使其摆动含有两个不同周期（12个月和14个月）的激发力源.正是这一奇特自然现象的发现,才使长期以来困扰地球物理学领域内的极移、极移所包含两个周期的涨落变化及由此引起的地球自转速度变化等自然之谜得以破解成为可能. 本文作者仅对天文观测的极移运动周期及其极移运动所包含的两个周期分量在一定的范围内变化的成因作出了详细的解析,并得出如下结论： （1）极移运动主要是由太阳光压P₁ 和P₂共同激发引起的.天文观测的极移摆动周期的涨落变化是太阳光压（P₁＋P₂）激发自转轴摆动过程中,在空间上自转轴的摆动中心相对自转轴中心（地心）移动造成的,涨落范围在395～403±2天之间,即天文观测的极移运动的实际计算周期应在13.0～13.3个月之间变化.（2）极移所含的周年期摆动是由太阳光压P₁激发的.天文观测的周年期摆动周期涨落很小,变化于365.24～365.53天之间.在一个回归年内,由于日-地间距离的变化,使地球表面接受到的太阳辐射光能产生微小差异则是造成观测的周年摆动周期稍有拖长的原因.（3）极移所含的钱德勒摆动周期是由太阳光压P₂激发的.天文观测的钱德勒周期涨落较大,变化于426～437±2天之间,即实际计算周期应在14.0～14.4个月之间变化.观测的钱德勒摆动周期的变化是太阳光压P₂激发自转轴摆动过程中,在空间上自转轴的摆动中心相对自转轴中心（地心）移动造成的.上述的定量解析数据均得到实际观测资料的验证,为极移光压成因理论的正确性提供了具体详实的证据.